KR101519112B1 - 보강기둥과 이를 이용한 지하철도용 터널 - Google Patents

Abstract

본 발명의 보강기둥과 이용한 지하철도용 터널은 콘트리트층을 가지는 베이스층과, 베이스층의 양측에 설치되는 측벽들과, 측벽들에 의해 지지되는 슬라브층과 베이스층과 슬라브층들의 사이에 설치되는 기둥들을 구비한 터널본체부를 구비하며, 상기 기둥들의 사이에 설치되는 것으로, 기둥들 사이에 보에 지지되는 상부고정부와; 상기 보와 대응되는 하부측의 베이스층에 설치되는 하부고정부와; 상기 하부고정부에 설치되어 가압유닛과, 상기 상부고정부와 가압유닛의 사이에 설치되어 가압유닛의 작동으로 상부고정부와 하부고정부를 상호 이격되는 방향으로 외력을 가하기 위한 제 3보강부재와, 상기 가압유닛에 지지되며 상기 제 3보강부재의 외주면을 감싸 콘크리트 타설공간을 형성하는 제 1보강부재와, 상기 제 1보강부재에 의해 결합되며 상기 가압유닛을 감싸 상부고정부와 하부고정부사이에 제 1보강부재와 더블어 구획된 콘크리트 타설공간을 한정하는 제 2부강부재와, 상기 콘크리트 타설공간에 주입되어 양생된 콘크리트 기둥을 포함한다.
본 발명에 보강기둥의 가진 지하철도용 터널은 보강기둥의 시공이 용이하고, 기둥보강에 따른 구조적 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

Description

보강기둥과 이를 이용한 지하철도용 터널{Reinforcement column and a tunnel for subway utilizing the same}

본 발명은 보강기둥과 이를 이용한 지하철도용 터널에 관한 것으로, 더 상세하게는 레일의 설치와 차량의 운행을 위한 공동구를 형성하는 터널의 보강을 위해 증설되는 보강기둥과 이를 이용한 지하철도용 터널에 관한 것이다.

지하철도는 땅속에 굴을 파서 부설한 철도로 버스와 더블어 주로 대도시의 대중교통으로 사용된다. 이러한 지하철도는 세계의 많은 도시에서 채택하고 있으며 신속성ㅇ정확성ㅇ안전성ㅇ대량수송성ㅇ쾌적성ㅇ저공해성ㅇ저렴성 등 많은 장점을 지니고 있다.

도시에서 지하철도 건설은 도시의 지상기능 및 미관을 살리고 소음방지, 용지(用地) 확보의 어려움을 감안하여 주로 도로 하부에 건설되고 있으며, 도시 주변 근교에서는 건설비의 저렴화를 위하여 지표면이나 고가구조로 건설하고 있다. 도시 내에서는 대부분이 지하구조로 건설되므로 도심지하부와 동일기관에서 운영할 경우에는 이들을 지하철도 또는 지하철이라고 부르고 있다.

도시의 지하에 설치되는 지하철도는 레일이 설치되고 철도차량이 운행할 수 있는 공동구를 가지는 터널 또는 박스형 구조물로 이루어진다. 특히, 지하철도의 시공을 위한 터널이나 박스형 구조물은 철근과 콘크리트를 이용한 구조물로 차량의 교행, 플렛폼의 등을 위하여 양측에 공동구가 형성되고, 이들의 사이에 소정의 간격으로 기둥들이 설치된 구조를 가진다.

이러한 터널 또는 박스형 구조물은 토압, 지진, 장기간 차량의 운행에 따른 진동, 설계연한(내구연한)의 경과 등으로 구조적 강도 및 내구성이 상대적으로 떨어지게 된다. 따라서 터널 박스형 구조물의 보강은 필수적이다. 특히 상기 터널 또는 박스형 구조물을 설계 시 지진을 감안한 내진설계를 하지 않은 경우, 향후 발생될 가능성을 담보로하여 지진에 대한 구조보강을 하는 것은 필수적이다.

이러한 구조보강은 구조물 내측벽의 면과 면이 만나는 우각부에 폭과 높이를 크게 한 헌치부를 형성하여 사각에 작용하는 국부적 응력집중을 보강하여 왔다. 그러나, 이러한 구조는 지진하중으로 인한 구조물의 파손 방지는 미비하여 내측벽에 단면을 증설하여 구조물의 안전성을 증진시켜왔다. 이는 터널 또는 구조물의 통수단면적이 줄어들고 지진하중으로 인한 파손 방지 효과가 미비하며, 시간이 경과함에 따라 강도가 저하되어 구조물에 요구되는 내하력을 충분히 보강시켜줄 수 없다.

특히, 터널 또는 박스형 구조물에 있어서, 기둥들은 소정의 간격으로 다수개가 배열설치되어 있으므로 각각의 기둥을 보강하는 상대적으로 어렵다. 또한 별도의 보강기둥을 설치하는 경우, 기둥의 설치에 따른 안정성 및 내가적 강도등을 감안하여 시공성이 떨어지는 문제점이 있다.

대한민국 특허 등록 제 1157462호에는 기계적인 결합구조를 가지는 기설기둥의 내진보강장치, 내진보강구조 및 보강방법이 게시되어 있다. 게시된 내진보강장치는 횡방향의 단부가 서로 조립되어 연결되는 복수개의 판형상 보강판을 포함한다. 이러한 보강방법은 재하하중을 크게 높일 수 없으며, 지하공동구의 단면적이 상대적으로 줄어드는 문제점이 있다.

본 발명은 해결하고자 하는 과제는 상기 문제점을 감안하여, 지하에 설치되는 지하철도의 터널 및 박스형 구조물를 보강하기 위한 기둥의 증설이 용이하고, 구조가 상대적으로 간단하며, 큰 재하하중을 견딜 수 있으며, 내부단면적의 축소를 최소화 할 수 있는 보강기둥과 이를 이용한 지하철도용 터널을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 철골구조물과 콘크리트를 이용한 이중지지구조를 가지며, 별도의 거푸집의 설치 없이 보강기둥의 형성을 위한 콘크리트 몰타르의 타설이 가능한 보강기둥과 이를 이용한 지하철도용 터널을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 보강기둥은 지하철의 터널 또는 박스형 구조물의 기둥들의 사이에 설치되는 것으로, 기둥들 사이에 보에 지지되는 상부고정부와; 상기 보와 대응되는 하부측의 보 또는 베이스층에 설치되는 하부고정부와; 상기 상부고정부와 하부고정부의 사이에 위치되어 상부고정부와 하부고정부를 지지하며 콘트리트 타설공간을 형성하는 제1보강부재와; 상기 제1보강부재와 하부고정부 또는 상부고정부의 사이에 설치되어 상기 상부고정부와 하부고정부를 상호 이격되는 방향으로 외력을 가하는 가압유닛과;

상기 제1보강부재에 지지되어 상기 가압유닛과 대응되는 부위의 외주면을 감싸며, 상기 상부고정부와 하부고정부의 사이에 상기 제 1보강부재와 더블어 콘트리트 타설공간을 구획할 수 있도록 상기 제 1보강부재에 고정되는 제 2보강부재를 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 가압유닛은 상기 제 1보강부재의 내경보다 직경이 작은 스크류잭으로 이루어지며, 상기 스크류잭의 상단부가 제 1지지브라켓에 의해 상기 제1보강부재의 내주면에 고정된다.

상기 제 1보강부재의 타설공간에는 상기 하부고정부에 지지된 가압유닛의 상부와 상기 상부고정부를 연결하는 제 3보강부재를 더 구비한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 보강기둥을 이용한 지하철도용 터널은 콘트리트층을 가지는 베이스층과, 베이스층의 양측에 설치되는 측벽들과, 측벽들에 의해 지지되는 슬라브층과 베이스층과 슬라브층들의 사이에 설치되는 기둥들을 구비한 터널본체부를 구비하며,

상기 기둥들의 사이에 설치되는 것으로, 기둥들 사이에 보에 지지되는 상부고정부와; 상기 보와 대응되는 하부측의 베이스층에 설치되는 하부고정부와; 상기 하부고정부에 설치되어 가압유닛과, 상기 상부고정부와 가압유닛의 사이에 설치되어 가압유닛의 작동으로 상부고정부와 하부고정부를 상호 이격되는 방향으로 외력을 가하기 위한 제 3보강부재와,

상기 가압유닛에 지지되며 상기 제 3보강부재의 외주면을 감싸 콘크리트 타설공간을 형성하는 제 1보강부재와, 상기 제 1보강부재에 의해 결합되며 상기 가압유닛을 감싸 상부고정부와 하부고정부사이에 제 1보강부재와 더블어 구획된 콘크리트 타설공간을 한정하는 제 2부강부재와, 상기 콘크리트 타설공간에 주입되어 양생된 콘크리트 기둥을 포함한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제 1보강부재의 하부측에는 상기 제 2보강부재에 의해 구획된 타설공간으로 콘크리트 몰타르를 주입하기 위한 콘크리트 몰타르주입구가 형성되고, 상기 제 2보강부재의 상부측에는 상기 몰탈주입구를 통하여 주입된 몰타르가 타설공간에 채워진 후 배출되는 콘크리트 몰타르 배출구가 형성되며 상기 1보강부재에 콘트리트 몰타르 주입구와 배출구를 차단하는 제 1,2차단부재가 설설치된다.

본 발명의 보강기둥은 내진설계가 이루어지지 않은 지하철도용 터널과, 또는 박스형 구조물의 기둥을 용이하게 증설 및 보강할 수 있으며, 시공이 용이하고, 내구성연한을 늘릴 수 있으며, 시공에 따른 설계자유도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 다른 보강기둥이 설치된 지하철도를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 보강기둥의 분리 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 보강기둥의 단면도
도 4는 본 발명에 따른 보강기둥의 다른 실시예를 도시한 분리 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 보강기둥의 단면도,
도 6은 기둥들의 사이에 보강기둥이 설치된 상태를 나타내 보인 일부절제 사시도.

본 발명에 따른 보강기둥은 내진설계가 이루어지지 않은 지하철도용 터널 또는 박스형 구조물의 기둥들의 사이에 설치되어 기둥 및 터널을 보강하기 위한 것으로, 실시예를 도 1 내지 도 6에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 따른 보강기둥을 가지는 지하철도용 터널 또는 박스형 구조물은 콘트리트 구조물로서, 철도용 레일이 설치되는 베이스층(11)과, 상기 베이스층(11)의 양측에 각각 설치되는 벽체(12)들과, 상기 벽체층(12)에 지지되어 지하공동구를 형성하는 슬라브층(13)으로 이루어진 터널본체부(10)를 구비한다. 그리고 상기 터널본체부(10)는 슬라브층(11)과 베이스층(11)의 사이에 구조적 강도를 향상시키기 위한 기둥(14)들이 설치되고, 이 기둥(14)들의 사이에는 내구연한의 증가 또는 향후 발생될 지진 등을 담보로 구조보강을 위한 보강기둥(20)이 설치된다. 지하공동구의 베이스층(11)에는 지하철도를 위한 레일이 설치되는데, 이에 한정되지 않고, 기둥(14)의 양측에 교행을 위한 지하철도의 레일이 설치될 수 있다.

상기 지하철도용 터널(10) 또는 박스형 구조물의 기둥(14)들의 사이에 설치되는 보강기둥(20)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 기둥(14)들 사이의 보(15)와, 이 보(15)와 대응되는 베이스층(11)의 하부측 보(16:돌출부)에 각각 상부고정부(21)와 하부고정부(22)가 설치된다. 상기 상, 하고정부(21)(22)의 사이에는 콘트리트 타설공간을 형성하는 제 1보강부재(31)와 가압유닛(23)이 설치된다. 상기 제 1보강부재(31)와 가압유닛(23)은 일직선상으로 설치되어 가압유닛(23)의 가압력에 의해 상,하고정부(21)(22)를 상호 멀어지는 방향으로 외력을 가하게 된다. 상기 가압유닛(23)은 스크류잭, 펜타그래프, 유압잭 등으로 이루어질 수 있다. 상기 가압유닛(23)의 하나인 스크류잭은 스크류(23a)와 상기 스크류(23a)의 상하단부에 각각 나사결합되는 지지부재(23b)(23c)로 이루어진다. 상기 가압유닛(23)은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 제 1보강부재(31)를 길이 방향으로 이동시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

그리고 상기 제 1보강부재(31)에는 가압유닛(23)을 감싸는 제2보강부재(32)가 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 제 1보강부재(31)와 더블어 상기 상부,하부고정부(21)(22)의 사이에 콘크리트 보강기둥(35)을 형성하기 위한 콘트리트 타설공간을 구획하게 된다. 상기 제 1,2보강부재(31)(32)는 중공을 가지는 원통형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 하중을 견딜 수 있도록 소정두께를 가지는데, 상대적으로 직경이 큰 파이프가 사용될 수 있다.

콘크리트 보강기둥(35)을 형성하기 위한 콘크리트 타설공간을 한정하며 가압유닛(23)의 외주면을 감싸는 제 2보강부재(32)는 가압유닛(23)의 조작이 이루어진 후 제 1보강부재(31)에 대해 하강하게 되고, 제 1보강부재(31)에 별도의 고정유닛에 의해 고정된다. 이의 제 1보강부재(31)에 대한 제 2보강부재(32)의 고정을 위한 상기 고정유닛은 용접 또는 볼트에 의해 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.

여기에서 상기 제 1보강부재(31)를 길이 방향으로 이동시키기 위한 가압유닛(23)의 상단부측은 제 1보강부재(31)의 하부의 내주면에 제1지지브라켓(24)에 의해 고정되는데, 상기 제1지지브라켓(24)은 제1보강부재(31)의 중공하부측을 차단하는 원판형으로 이루어져 제1보강부재(31)에 주입되어 형성된 콘트리트 보강기둥을 승강시킬 수 있도록 함이 바람직하다. 이 경우 도면에는 도시되어 있지 않으나 상기 제 2보강부재(32)에 의해 구획된 공간에도 콘크리트 몰타르가 주입되어 콘크리트 보강기둥(35)의 일부를 형성하는 것은 당연하다. 그리고 콘트리트 기둥을 일체로 형성하기 위해서는 상기 제 1지지브라켓(24)을 형강으로 연결하여 제 1보강부재(31)에 의해 형성되는 콘크리트 타설공간과 제 2보강부재(32)에 의해 형성된 콘크리트 타설공간이 상호 연통될 수 있도록 한다.

한편, 제 1보강부재(31)의 하부측에는 상기 제 1,2보강부재(31)(32)에 의해 구획된 제 1,2보강부재(31)(32)의 콘크리트 타설공간에 콘크리트 몰타르를 주입하기 위하여 제 1주입구(31a)가 형성되고, 상기 제1보강부재(31)의 상부측에는 콘트리트 타설공간에 콘트리트 몰타르가 채워진 후 배출되는 제 1배출구(31b)가 형성된다. 상기 제 1주입구(31)와 제 1배출구(31b)는 콘트리트 몰타르의 주입이 이루어진 후 차단부재(미도시)에 의해 차단된다.

상기 제1보강부재(31)와 가압유닛의 연결하는 제1지지브라켓이 원판형으로 이루어진 경우 상기 제 1보강부재(32)에 의해 구획된 공간에도 상술한 바와 같이 콘크리트 몰타르가 주입될 수 있다.

그리고 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제 1부강부재(31)의 내부에는 상부고정부(21)와 가압유닛(23)의 사이에 제 3보강유닛(33)이 설치될 수 있다. 상기 제 3보강유닛은 H 빔, 찬넬, 파이프, 철근 등으로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지 않는다. 상기 제 3 보강부재(33)는 제1보강부재(31)의 내주면에 설치되는 고정브라켓(33a)에 의해 상기 제 1보강부재(31)의 중앙부에 위치될 수 있도록 함이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 보강기둥과 이를 이용한 지하철도용 터널은 도 6에 도시된 바와 같이 내구연한의 경과 또는 설계시 내진설계가 이루어지지 않았다 하더라도 기둥(14)들의 사이에 보강기둥(20)이 설치되어 있으므로 구조적 내구성과 내구연한의 증가 및 안전성의 향상을 도모할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 보강기둥은 시공이 용이하고, 구조가 간단하므로 수십 킬리미터 연속되게 설치되는 기둥(14)들의 사이에 시공이 용이하다.

내진설계가 되지 않거나 내구연한의 경과로 인하여 구조적 안전성이 약화된 터널에 상술한 바와 같은 보강기둥(20)을 설치하기 위해서는 기둥(14)들 사이의 보(15)에 상부고정부(21)를 설치하고, 이와 대응되는 베이스층(22)에 하부고정부(22)를 설치한다. 그리고 이들의 사이에 제1보강부재(31)와 가압유닛(23)인 잭을 설치하고, 잭 스크류(23a)를 회전시켜 제 1보강부재(31)가 길이 방향으로 이동되어 제 상,하부고정부(21)(22)를 상호 멀어지는 방향으로 이동시킨다. 이때에 상기 제 1보강부재(31)에는 제 2보강부재(32)가 끼워져 슬라이딩 가능하게 설치되며, 상기 제 1보강부재(31)의 상단부측은 상부고정부(21)에 별도의 고정부재를 이용하여 고정될 수 있다. 즉, 상부고정부(21)와 제 1보강부재(22)가 상호 용접되거나 볼트 너트에 의해 고정될 수 있으며, 상부고정부재(21)는 보(15) 또는 슬라브층(13)에 앙카볼트를 이용하여 고정할 수 있다.

상기와 같이 가압유닛(23)과 제1부가부재(31)에 의해 보강기둥으로써의 지지력이 확보되면, 상기 제 1보강부재(31)에 대해 제 2보강부재(32)를 이동시켜 가압유닛(23)을 감싸 후 제 1보강부재(31)에 의해 제 2보강부재(32)를 고정한다. 그리고 상기 제 1주입구(31a)를 통하여 콘크리트 몰타르를 주입한다. 주입이 이루어지는 과정에서 상기 제1보강부재(31)의 상부측에 형성된 제 1배출구(31b)로 콘크리트 몰타르가 배출되면 주입공간에 콘크리트 몰타르의 주입이 완료된 것으로 인지하고, 제1주입구로의 콘크리트 몰타르의 주입을 정지함과 아울러 제 1주입구와 제 1배출구를 차단부래를 이용하여 차단 후, 양생시킨다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제 1보강부재(31)의 내부에 제 3보강부재(33)가 설치된 경우에도 상술한 바와 같은 방법으로 주제 1,2보강부재에 의해 구획된 주입공간에 콘크리트 몰타르를 주입하여 콘크리트 보강기둥(25)를 시공한다.

상술한 바와 같이 시공된 보강기둥은 콘크리트 몰타르가 타설공간에 주입 후 양생된 콘크리트 보강기둥과 이를 감싸 거푸집역할을 하는 제 1,2보강부재가 동시에 슬라부층으로부터 가하여 지는 하중을 지지할 수 있으므로 터널의 내구성과 구조적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 시공이 간단하여 기둥의 보강에 따른 공사기간을 단축할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 보강기둥은 지하철도용 터널, 공동구를 형성하는 콘트리트 박스, 각종 토목 및 건축구조물, 산업시설 등에 널리 적용 가능하다.

Claims (5)

1. 지하철의 터널 또는 박스형 구조물의 기둥들의 사이에 설치되는 것으로, 기둥들 사이에 보에 지지되는 상부고정부와; 상기 보와 대응되는 하부측의 보 또는 베이스층에 설치되는 하부고정부와; 상기 상부고정부와 하부고정부의 사이에 위치되어 상부고정부와 하부고정부를 지지하며 콘트리트 타설공간을 형성하는 제1보강부재와; 상기 제1보강부재와 하부고정부 또는 상부고정부의 사이에 설치되어 상기 상부고정부와 하부고정부를 상호 이격되는 방향으로 외력을 가하는 가압유닛과;
   상기 제1보강부재에 지지되어 상기 가압유닛과 대응되는 부위의 외주면을 감싸며, 상기 상부고정부와 하부고정부의 사이에 상기 제 1보강부재와 더블어 콘트리트 타설공간을 구획할 수 있도록 상기 제 1보강부재에 고정되는 제 2보강부재와, 상기 제 1,2보강부재에 의해 구획된 타설공간에 주입되어 양생된 콘크리트 보강기둥을 구비한 것을 특징으로 보강기둥.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가압유닛은 상기 제 1보강부재의 내경보다 직경이 작은 스크류잭으로 이루어지며, 상기 스크류잭의 상단부가 제 1지지브라켓에 의해 상기 제1보강부재의 내주면에 고정된 것을 특징으로 하는 보강기둥.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1보강부재의 타설공간에는 상기 하부고정부에 지지된 가압유닛의 상부와 상기 상부고정부를 연결하는 제 3보강부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 보강기둥.
4. 콘트리트층을 가지는 베이스층과, 베이스층의 양측에 설치되는 측벽들과, 측벽들에 의해 지지되는 슬라브층과 베이스층과 슬라브층들의 사이에 설치되는 기둥들을 구비한 터널본체부를 구비하며,
   상기 기둥들의 사이에 설치되는 것으로, 기둥들 사이에 보에 지지되는 상부고정부와; 상기 보와 대응되는 하부측의 베이스층에 설치되는 하부고정부와; 상기 하부고정부에 설치되어 가압유닛과, 상기 상부고정부와 가압유닛의 사이에 설치되어 가압유닛의 작동으로 상부고정부와 하부고정부를 상호 이격되는 방향으로 외력을 가하기 위한 제 3보강부재와,
   상기 가압유닛에 지지되며 상기 제 3보강부재의 외주면을 감싸 콘크리트 타설공간을 형성하는 제 1보강부재와, 상기 제 1보강부재에 의해 결합되며 상기 가압유닛을 감싸 상부고정부와 하부고정부사이에 제 1보강부재와 더블어 구획된 콘크리트 타설공간을 한정하는 제 2부강부재와, 상기 콘크리트 타설공간에 주입되어 양생된 콘크리트 기둥을 포함한 것을 특징으로 하는 보강기둥을 이용한 지하철도용 터널.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제 1보강부재의 하부측에는 상기 제 2보강부재에 의해 구획된 타설공간으로 콘크리트 몰타르를 주입하기 위한 콘크리트 몰타르주입구가 형성되고, 상기 제 2보강부재의 상부측에는 상기 몰탈주입구를 통하여 주입된 몰타르가 타설공간에 채워진 후 배출되는 콘크리트 몰타르 배출구가 형성되며 상기 1보강부재에 콘트리트 몰타르 주입구와 배출구를 차단하는 제 1,2차단부재가 설치된 것을 특징으로 하는 보강기둥을 이용한 지하철도용 터널.
   
   
   
   
   
   
   

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